ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ТОПЛИВНОГО ШЛАКА ТЭЦ

Введение. В мировой практике последних десятилетий стало нормой использование отходов теплоэнергетики в строительной отрасли. В основном золошлаки применяют при строительстве автомобильных дорог как материал для отсыпки земляного полотна или в виде укрепленного вяжущим материала, в промышленно-гражданском строительстве как материал для выполнения планировочных работ, при засыпке неудобий и карьеров. Однако потенциал его возможного применения намного шире. Крупнозернистые шлаковые отложения, формирующиеся в зоне шлакового размыва, имеют больший потенциал применения, чем прочие ЗШС, однако менее изучены как отечественными, так и зарубежными исследователями. В статье рассматривается вопрос использования крупнозернистых золошлаковых смесей (ЗШС), образованных на электростанциях с котлами, подразумевающими жидкое шлакоудаление, для сооружения оснований дорожных одежд с позиции её механических свойств.

Материалы и методы. В рамках исследования изучены образцы шлакового щебня с Новосибирской ТЭЦ- 2, работающей на угле Кузнецкого угольного бассейна (жидкое шлакоудаление), и Новосибирской ТЭЦ-3, работающей на угле Канско-Ачинского угольного бассейна (жидкое шлакоудаление). Определены потери при дробимости отдельных фракций исследованных материалов в сухом и насыщенном водой состоянии. Проведен анализ графиков разрушения для определения модуля общей деформации шлакового щебня.

Результаты. Найдено различие в механической прочности проб материала разного генезиса. Определены значения дробимости исследуемых материалов. Оценены полученные при проведении испытаний графики, на основе которых вычислены характеристики деформируемости этого материала (при разной крупности).

Обсуждение и заключение. Определены возможные направления использования изученных материалов при строительстве автомобильных дорог.

Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи. Прозрачность финансовой деятельности: автор не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

1. Сиротюк В.В., Троян Т.П. Влияние углистых остатков на качество золошлаков, применяемых для строительных технологиий // Вестник СибАДИ. 2017; (6(58)): 119–125. https://doi.org/10.26518/2071- 7296-2017-6(58)-119-125.

2. Bartov G., Deonarine A., Johnson TM., Ruhl L., Vengosh A., Hsu-Kim H. Environmental Impacts of the Tennessee Valley Authority Kingston Coal Ash Spill. 1. Source Apportionment Using Mercury Stable Isotopes // Environmental Science & Technology. Washington, D.C., 2012. Vol. 47(4). Pp. 2092– 2099. DOI: 10.1021/es303111p.

3. Deonarine A., Bartov G., Johnson TM., Ruhl L., Vengosh A., Hsu-Kim H. Environmental Impacts of the Tennessee Valley Authority Kingston Coal Ash Spill. 2. Effect of Coal Ash on Methylmercury in Historically Contaminated River Sediments // Environmental Science & Technology. Washington, D.C., 2012. Vol. 47(4). Pp. 2100–2108. DOI: 10.1021/es303639d.

4. Shin J., Natanson A., Khun J., Odorizzi N., et.al. Article. Assessing the impact of coal ash exposure on soil microbes in the Dan River // BIOS journal. 2017. Vol. 88(2). Pp. 72-85. DOI: 10.1893/ BIOS-D-16-00006.1.

5. Malchik A.G., Litovkin S.V., Rodionov P. V., Kozik V.V. Analyzing the Technology of Using Ash and Slag Waste from Thermal Power Plants in the Production of Building Ceramics // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 127. DOI: 10.1088/1757-899X/127/1/012024.

6. Lihach S. A., Kulesh R. N., Nikolaeva V. I., Orlova K.Y., Ilyasova A. S. Power plant ash and slag waste management technological direction when Kansk-Achinsk brown coal is burned // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 92. №. 01051. DOI: 10.1051/matecconf/20179201051.

7. Folgueras M.B. Coal and sewage sludge ashes as sources of rare earth elements / M.B. Folgueras, M. Alonso, F.J. Fernández // Fuel. 2017. Vol. 192. Pp. 128–139. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.12.019.

8. Барахтенко В.В. Оценка потребительских характеристик изделий из высоконаполненного полимерно-минерального композиционного материала на основе поливинилхлорида и отходов ТЭС // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 3. С. 17–24. DOI: 10.5862/MCE.47.2.

9. Бурдонов А.Е., Барахтенко В.В., Зелинская Е.В., Сутурина Е.О., Бурдонова А.В., Головнина А.В. Физико-механические характеристики композиционных материалов на основе отходов производства с различными рецептурами // Инженерно-строительный журнал. 2012. № 9. С. 14–22.

10. Yao Z.T. A comprehensive review on the applications of coal fly ash / Z.T. Yao, X.S. Ji, P.K. Sarker, J.H. Tang, L.Q. Ge, M.S. Xia, Y.Q. Xi // Earth-Science Reviews. 2015. Vol. 141. Pp. 105–121. DOI: https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2014.11.016.

11. Лебедев М.С., Чулкова И.Л. Исследования реологических свойств битумных композиций, наполненных золами-уноса различного состава // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. №11. С. 47–52.

12. Толстой А.Д., Ковалева И.А., Новиков К.Ю. Совершенствование состава и свойств порошковых бетонов с техногенным сырьем // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. №2. С. 19–24.

13. Sushovan D., Nadaf M.B., Mandal J.N. An Overview on the Use of Waste Plastic Bottles and Fly Ash in Civil Engineering Applications // Procedia Environmental Sciences. 2016. Vol. 35. Pp. 681–691.

14. Hadbaatar A., Mashkin N.A., Stenina N.G. Study of Ash-Slag Wastes of Electric Power Plants of Mongolia Applied to their Utilization in Road Construction // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. Pp. 1558–1562.

15. Сиротюк В.В., Лунёв А.А., Иванов Е.В. Золошлаковая смесь для земляного полотна // Автомобильные дороги. 2016. № 6(1015). С. 72–79.

16. Haleema A., Luthrab S., Mannana B., Khuranaa S., Kumarc S. Critical factors for the successful usage of fly ash in roads & bridges and embankments: Analyzing Indian perspective // Resources Policy. 2016. Vol. 49. Pp. 334–348.

17. Mukherjee P.S. Vesmawala G. Exploring Fly Ash Utilization in Construction of Highways in India // Journal of Mechanical and Civil Engineering. 2013. Vol. 8. Issue 4. Pp 23–32.

18. Mathur A. K. Khandekar R. K. New segments in ash utilization- NTPC concern // Proc. on Indian Power Station Conference, 2008. Pp. 627–631.

19. Mathur A. K. Ash utilisation in NTPC // Proc. Workshop on fly ash utilisation: Issues and strategies. Bhopal, India. Bhopal Chapter. Pp. 41–45.

20. Shamshad A. Fulekar M.H., Bhawana P. Impact of Coal Based Thermal Power Plant on Environment and its Mitigation Measure International // Research Journal of Environment Sciences. 2012. Vol. 1(4). Pp. 60–64.

21. Ватин Н.И., Петросов Д.В., Калачев А.И., Лахтинен П. Применение зол и золошлаковых отходов в строительстве // Инженерно-строительный журнал, 2011. № 4. С. 16–21.

22. Santamarina J.C. Soil Behavior at the Microscale: Particle Forces // Proc. Symp. Soil Behavior and Soft Ground Construction, in honor of Charles C. Ladd, 2001. Pp. 1–32. DOI: https://doi. org/10.1061/40659(2003)2.

23. Behringer R. P. Jamming in granular materials // Comptes Rendus Physique. 2015. Vol. 16. Pp. 10– 25. DOI: 10.1016/j.crhy.2015.02.001.

24. Tadanaga T. Clark A., Majmudar T., Kondic L. Granular response to impact: Topology of the force networks // Phys. Rev. 2018. Vol. E 97. № 012906. DOI: 10.1103/PhysRevE.97.012906.

25. Clark A.H., Petersen A.J., Kondic L., Behringer R.P. Nonlinear Force Propagation During Granular Impact // Phys. Rev. Lett. 2015. Vol. 114 №. 144502. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.144502.

26. Indraratna, B., Nutalaya, P. and Koo, K.S. Engineering Behaviour of a Low Carbon Pozzolanic Fly Ash and its Potential as a Construction Fill // Canadian Geotechnical journal. Vol. 28. Pp. 542–555.

27. Marto A., Awang A.R., Makhtar A.M. Compaction Characteristics and Permeability of Tanjung Bin Coal Ash Mixtures // International Conference on Environment Science and Engineering IPCBEE. IACSIT Press, Singapore. Vol.8. Pp. 134– 137.

28. Kim B. Prezzi M., Salgaro R. Geotechnical Properties of Fly and Bottom Ash Mixtures for Use in Highway Embankments // Journal of geotechnical and geo-environmental engineering. 2005. Vol. 131. Issue 7. Pp. 914-924.

29. Kumar D., Kumar N., Gupta A. Geotechnical Properties of Fly Ash and Bottom Ash Mixtures in Different Proportions // International Journal of Science and Research (IJSR). 2014. Vol.3. Issue 9. Pp. 1487– 1494.

30. Tiwari S.K., Ghiya A. Strength Behavior of Compacted Fly Ash, Bottom Ash and their Combinations // The Electronic Journal of Geotechnical Engineering. Vol. 18. Pp. 3085–3106.

31. Gimhan P. G. S., Disanayaka J.P.B., Nasvi M. Geotechnical Engineering Properties of Fly Ash and Bottom Ash: Use as Civil Engineering Construction Material Engineer // Journal of the Institution of Engineers. Vol. 51. Pp. 49–57. DOI: 10.4038/engineer.v51i1.7287.